CN110749390A - 一种非接触式扭矩传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及非接触式扭矩传感器技术领域，具体为一种非接触式扭矩传感器。本发明的一种非接触式扭矩传感器，包括外壳、轴承、轴体、轴套体、线圈架一、线圈架四、线圈一、线圈二、线圈三、线圈四、电路板、线圈套和应变计，所述轴体设置有输入端和输出端，所述轴套体布置于外壳的内部且套接于输入端，轴套体的外表面设置有线圈槽，线圈套设置于外壳且套接于轴套体的外圈，线圈套的内表面设置有两个容置槽，线圈架一和线圈架四分别设置于所述两个容置槽，轴套体和线圈套为隔磁材质的轴套体和线圈套，线圈一和线圈二的耦合频率、线圈三和线圈四的耦合频率均大于300Hz；本发明的一种非接触式扭矩传感器，无需铁磁材料，功耗低，发热少。

Description

一种非接触式扭矩传感器

技术领域

本发明涉及非接触式扭矩传感器技术领域，具体为一种非接触式扭矩传感器。

背景技术

非接触式扭矩传感器应用广泛，目前非接触式扭矩传感器耦合材料主要采用电磁纯铁DT4C或铁氧体，这种材质在线圈耦合转换传输中存在不足，且传统模拟电路功耗大、发热，响应频率低，主要表现在以下几个方面：一、这种材质导致耦合传输效率低，所需的线圈圈数特别多，现有的非接触式传感器，电源耦合线圈圈数为1300±100圈，信号源耦合线圈圈数为1800±100圈；结构雍肿，成本高；二、安装位置对耦合性能波动大、生产工艺复杂，工效低；三、电路功耗高，发热量大，响应频率低。

发明内容

发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种非接触式扭矩传感器，无需铁磁材料，功耗低，发热少。

为实现上述目的，本发明的一种非接触式扭矩传感器，包括外壳、轴承、轴体、轴套体、线圈架一、线圈架四、线圈一、线圈二、线圈三、线圈四、电路板、线圈套和应变计，所述轴体设置有输入端和输出端，应变计设置于输入端和输出端之间，两个所述轴承设置于外壳且分别与输入端和输出端配合设置，所述轴套体布置于外壳的内部且套接于输入端，轴套体的外表面设置有线圈槽，线圈二和线圈三分别布置于线圈槽；线圈套设置于外壳且套接于轴套体的外圈，线圈套的内表面设置有两个容置槽，线圈架一和线圈架四分别设置于所述两个容置槽，线圈一和线圈二同轴布置且分别位于线圈架四的外圈和内圈，所述线圈三和线圈四同轴布置且分别位于线圈架一的内圈和外圈；所述轴套体和线圈套为隔磁材质的轴套体和线圈套；应变计与电路板电连接；线圈一和线圈二的耦合频率大于300Hz；线圈三和线圈四的耦合频率大于300Hz。

优选的，所述电路板位于外壳的内部，所述电路板包括直流电源、交流电源、稳压电源、应变桥、放大器、转换器、和调节电路，应变计设置有应变桥；所述直流电源的输出端与交流电源的输入端电性连接，所述交流电源与线圈一电性连接，线圈一与所述线圈二耦合连接，所述线圈二与稳压电源电性连接，所述稳压电源的输出端与应变桥的输入端电性连接，所述应变桥的输出端与放大器的输入端电性连接，所述放大器的输出端与转换器的输入端电性连接，所述转换器的输出端与线圈三电连接，线圈三与线圈四耦合连接，线圈四的输出端与调节电路的输入端电性连接。

优选的，所述线圈一和线圈二的圈数均为7圈～13圈。

优选的，所述线圈三和线圈四的圈数均为80圈～120圈。

优选的，所述线圈一和线圈二的圈数为圈，线圈三和线圈四的圈数为100圈。

优选的，所述线圈一和线圈二的圈数相等，所述线圈三和线圈四的圈数相等，所述线圈一的圈数为线圈三的圈数的1/10。

优选的，所述线圈三与圈四之间的距离为1mm～5mm；所述线圈架一位于线圈三与圈四之间的厚度为所述线圈三与圈四之间的距离的1/4～1/2。

优选的，所述线圈架一和线圈架四为铝质或铜质的线圈架一和线圈架四。

发明的有益效果：本发明的一种非接触式扭矩传感器，轴套体和线圈套为隔磁材质的轴套体和线圈套，并采用谐振频率大于300Hz的高频电路架构，无需铁磁材料，从而让线圈一和线圈二、线圈三和线圈四直接耦合，提高了耦合的效率，从而使线圈的绕线圈数少、整体结构轻巧，具有功耗低、发热小以及响应频率高的特点。

附图说明

图1为本发明结构正面示意图；

图2为本发明结构的正面剖示图；

图3为本发明结构高频谐振的功率、数据传输电路架构图；

附图标记包括：

图中：1、外壳；2、轴承；3、轴体；4、轴套体；5、线圈架一；6、线圈架四；7、线圈一；8、线圈二；9、线圈三；10、线圈四；11、电路板；12、线圈套；13、应变计；14、上盖；15、出线航插；111、直流电源；112、交流电源；113、稳压电源；114、应变桥；115、放大器；116、转换器；117、调节电路。

具体实施方式

以下结合附图对发明进行详细的描述。

如图1～3所示，本发明的一种非接触式扭矩传感器，包括外壳1、轴承2、轴体3、轴套体4、线圈架一5、线圈架四6、线圈一7、线圈二8、线圈三9、线圈四10、电路板11、线圈套12、应变计13、上盖14和出线航插15，所述轴体3设置有输入端和输出端，应变计13设置于输入端和输出端之间，两个所述轴承2设置于外壳且分别与输入端和输出端配合设置，所述轴套体4布置于外壳1的内部且套接于输入端，轴套体4的外表面设置有线圈槽，线圈二8和线圈三9分别布置于线圈槽；线圈套12设置于外壳1且套接于轴套体4的外圈，线圈套12的内表面设置有两个容置槽，线圈架一5和线圈架四6分别设置于所述两个容置槽，线圈一7和线圈二8同轴布置且分别位于线圈架四6的外圈和内圈，所述线圈三9和线圈四10同轴布置且分别位于线圈架一5的内圈和外圈；所述线轴套体4和线圈套12为隔磁材质的轴套体4和线圈套12；出线航插15和应变计13均与电路板11电连接。本发明的一种非接触式扭矩传感器，线圈一7和线圈二8之间、线圈三9和线圈四10之间为隔磁材质的轴套体，并采用谐振频率为大于300Hz的高频电路架构，无需铁磁材料，从而让线圈一7和线圈二8、线圈三9和线圈四10直接耦合，提高了耦合的效率，从而使线圈的绕线圈数少、整体结构轻巧，具有功耗低、发热小以及响应频率高的特点。

优选的，所述电路板11位于外壳1的内部，所述电路板11包括直流电源111、交流电源112、稳压电源113、应变桥114、放大器115、转换器116、和调节电路119，应变计13设置有应变桥114；所述直流电源111的输出端与交流电源112的输入端电性连接，所述交流电源112与线圈一7电性连接，线圈一7与所述线圈二8耦合连接，所述线圈二8与稳压电源113电性连接，所述稳压电源113的输出端与应变桥114的输入端电性连接，所述应变桥114的输出端与放大器115的输入端电性连接，所述放大器115的输出端与转换器116的输入端电性连接，所述转换器116的输出端与线圈三9电连接，线圈三9与线圈四10耦合连接，线圈四10的输出端与调节电路119的输入端电性连接。具体的线圈一7和线圈二8之间、线圈三9和线圈四10之间的耦合频率为400Hz。本发明的一种非接触式扭矩传感器，能耗低。

优选的，所述线圈一7和线圈二8的圈数均为7圈～13圈。优选的，所述线圈三9和线圈四10的圈数均为80圈～120圈。优选的，所述线圈一7和线圈二8的圈数为10圈，线圈三9和线圈四10的圈数为100圈。本发明的一种非接触式扭矩传感器，测量精度高，精度可达到正负±0.1％FS。

优选的，所述耦合连接的电路的振荡频率为400Hz～800Hz。

优选的，所述线圈三9与圈四10之间的距离为1mm～5mm；所述线圈架一位于线圈三9与圈四10之间的厚度为所述线圈三9与圈四10之间的距离的1/4～1/2。本发明的一种非接触式扭矩传感器，线圈一7和线圈二8之间、线圈三9和线圈四10之间的间隙小，且布置于金属材质的外壳1内，外壳1形成有效的屏蔽，具有很强的干扰能力，可在6000-8000r/min转速下测量扭矩。

优选的，所述轴套体4和线圈套12为铝质或铜质的轴套体4和线圈套12。本发明的一种非接触式扭矩传感器，稳定性好，不易锈蚀。

本发明的一种非接触式扭矩传感器，工作时，电路产生400HZ的方波，经过放大器115电路即产生交流激磁功率电源，为应变计13供电，当弹性轴受扭矩时，应变计13检测得到mV级的应变信号，通过放大器放大成1.5V±1V的强信号，再通过V/F转换器转换成频率信号，频率信号通过线圈三9耦合至线圈四10，再经过信号处理电路滤波，整形，成标准的方波输出，得到与弹性轴受的扭矩成正比例的频率信号，该信号为TTL电平，即可提供给专用的二次仪表或频率计显示，也可直接送计算机处理。

本发明的一种非接触式扭矩传感器，输出频率信号在零点为10KHz，正向满量程时为15kHz，反向旋转满量程为5KHz。本发明的一种非接触式扭矩传感器，无接触，无磨损，使用寿命长，转换精度高。

综上所述可知发明乃具有以上所述的优良特性，得以令其在使用上，增进以往技术中所未有的效能而具有实用性，成为一极具实用价值的产品。

以上内容仅为发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对发明的限制。

Claims (8)

1.一种非接触式扭矩传感器，包括外壳(1)、轴承(2)、轴体(3)、轴套体(4)、线圈架一(5)、线圈架四(6)、线圈一(7)、线圈二(8)、线圈三(9)、线圈四(10)、电路板(11)、线圈套(12)和应变计(13)，其特征在于：所述轴体(3)设置有输入端和输出端，应变计(13)设置于输入端和输出端之间，两个所述轴承(2)设置于外壳且分别与输入端和输出端配合设置，所述轴套体(4)布置于外壳(1)的内部且套接于输入端，轴套体(4)的外表面设置有线圈槽，线圈二(8)和线圈三(9)分别布置于线圈槽；

线圈套(12)设置于外壳(1)且套接于轴套体(4)的外圈，线圈套(12)的内表面设置有两个容置槽，线圈架一(5)和线圈架四(6)分别设置于所述两个容置槽，线圈一(7)和线圈二(8)同轴布置且分别位于线圈架四(6)的外圈和内圈，所述线圈三(9)和线圈四(10)同轴布置且分别位于线圈架一(5)的内圈和外圈；

所述线轴套体(4)和线圈套(12)为隔磁材质的轴套体(4)和线圈套(12)；

应变计(13)与电路板(11)电连接；线圈一(7)和线圈二(8)的耦合频率大于300Hz；线圈三(9)和线圈四(10)的耦合频率大于300Hz。

2.根据权利要求1所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述电路板(11)位于外壳(1)的内部，所述电路板(11)包括直流电源(111)、交流电源(112)、稳压电源(113)、应变桥(114)、放大器(115)、转换器(116)、和调节电路(119)，应变计(13)设置有应变桥(114)；所述直流电源(111)的输出端与交流电源(112)的输入端电性连接，所述交流电源(112)与线圈一(7)电性连接，线圈一(7)与所述线圈二(8)耦合连接，所述线圈二(8)与稳压电源(113)电性连接，所述稳压电源(113)的输出端与应变桥(114)的输入端电性连接，所述应变桥(114)的输出端与放大器(115)的输入端电性连接，所述放大器(115)的输出端与转换器(116)的输入端电性连接，所述转换器(116)的输出端与线圈三(9)电连接，线圈三(9)与线圈四(10)耦合连接，线圈四(10)的输出端与调节电路(119)的输入端电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述线圈一(7)和线圈二(8)的圈数均为7圈～13圈。

4.根据权利要求3所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述线圈三(9)和线圈四(10)的圈数均为80圈～120圈。

5.根据权利要求4所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述线圈一(7)和线圈二(8)的圈数为10圈，线圈三(9)和线圈四(10)的圈数为100圈。

6.根据权利要求5所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述线圈一(7)和线圈二(8)的圈数相等，所述线圈三(9)和线圈四(10)的圈数相等，所述线圈一(7)的圈数为线圈三(9)的圈数的1/10。

7.根据权利要求1所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述线圈三(9)与圈四(10)之间的距离为1mm～5mm；所述线圈架一位于线圈三(9)与圈四(10)之间的厚度为所述线圈三(9)与圈四(10)之间的距离的1/4～1/2。

8.根据权利要求1所述的一种非接触式扭矩传感器，其特征在于：所述线轴套体(4)和线圈套(12)为铝质或铜质的轴套体(4)和线圈套(12)。

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